Trstrlern Ujt Ve Tryakla Alitirilmasi

TRİSTÖRLERİN UJT VE TRİYAKLA ÇALIŞTIRILMASI 1. Tristör Tristör, gazlı lambaların thayratron ve civa buharlı redresörlerin yerini alan yarı iletkendir. İlk yapıldığı 1957 yılından ber büyük gelişme göstererek 600 amper 1800 voltluk tristörler yapılmıştır. Tristörler elektrik ve elektronikte çok geniş bir kullanma alanına sahiptirler. Örneğin, kumandalı redresörler, elektronik kontaktörler, zaman röleleri, DC ve AC motorların hızlarının ayarlanması ve dönüş yönlerinin değiştirilmesi gibi. Tristörler sırasıyla birbirini takip eden “P” ve “N” tipi silisyumdan yapılmış dört tabaka yarı iletkenden meydana gelmiştir. Bu dört tabakanın en dışındaki “P” tabakası anaot diğer dıştaki “N” tabakası katod görevi yapar. Bu uçlardan geçecek akım kontrol elektrodu (geyt, kapı) denen üçüncü uç ile kontrol edilir. Şekil:1’ de tristörün sembolü, şekil:2’ de yapısı, şekil:3’ te ise üç diyota denk eşdeğer devresi görülmektedir.

Anot Anot

P2

Anot

P Geyt

Anot

P P Geyt

N

Diyot P2 N2

N2 P1

Diyot P1 N2

N1

Diyot P1 N1

Katod Katod

Şekil:1a

Şekil:1b-c

Şekil :1 de görüldüğü gibi anot-katod arasına uygulanan gerilimin kutupları ne olursa her durumda tristör içinde bulunan PN birleşimlerinden biri ters yönde polarılmıştır. Bu sebepten kapı devresine uygun ateşleme gerilimi uygulanmadığı sürece normal çalışma geriliminde tristör her zaman yalıtkandır. Anot pozitif, katod negatif olacak şekilde tristöre gerilim uygulanacak olursa şekil:1c’ de. 1 ve 3 nolu diyotlar ileri yönde, 2 nolu diyot ters yönde olur. Buna göre 1 ve 3 nolu diyotlar iletken, 2 nolu diyot yalıtkan duruma geçer. Polarma değişirse yani anot negatif, katod pozitif olursa 1 ve 3 nolu diyotlar yalıtkan 3 nolu diyot iletken duruma geçer. Tristörün iletken olabilmesi için “G” nin pozitif olarak edilmesi gerekir. Şekil 2’ de tristörün birbirine paralel bağlı iki transistöre benzetilişi görülmektedir.

Anot

+

Anot

IA P2

P2 N2 Geyt

P1

J3

N2

N2

P1

P1 N1

J2

P2

α2

N2

N2

P1

P1

J2 Geyt

J1

N1 α1

N1

Katod

Katod

Şekil:2

Doğru akımı kaynağının pozitif ucu anoda negatif ucu katoda bağlanır. Eğer “G” pozitif olarak şekilde katod ile kapı arasına bir işaret uygulanırsa “B” den “E” ye doğru küçük bir I1 akımı akar. Bu taban akımından dolayı T1 transistörünün kollektöründen I2 akımı akar. Bu akım T2 transistörünün taban akımı olacağından T2 iletken durumuna geçer. T2 transistörünün I3 toplayıcı akımı geri besleme yaparak T1 transistörünün taban akımını sağlar. Böylece her iki transistör dolayısıyla tristör iletime geçmiş olur. Eğer “G” ye uygulanan pozitif işaret kaldırılacak olursa transistörler yani, tristör yalıtkan olmaz. Çünkü transistör diğer transistörün taban akımını sağlayarak her iki transistör de iletimde kalır. Böylece büyük bir anot akımı çok küçük (birkaç miliamper) bir kapı akımıyla kontrol edilmiştir. Tristörün bu özelliği aynen thayratrona benzer. Yalnız thayratrona işaret gerilimi uygulandığı halde tristöre işaret akımı uygulanır. Tristör yalıtkan iken devresinden küçük bir sızıntı akımı akar. Eğer tristöre uygulanan düz gerilim yavaş yavaş arttırılırsa belirli bir değerde (VBO ) tristör iletime geçer. Genel olarak tristör bu gerilimin çok altında çalıştırılır. Bu durumda küçük bir kapı akımı tristörü iletime geçerir. Tristörün iletim durumunda kalabilmesi için içinden geçen akımın IH değerinin altına düşmemesi gerekir. Tristör akımı IH değerinin altına düşerse, tristör kesime gider. Tristöre uygulanan gerilimin kutupları değiştirilirse yani tristörün anoduna akım kaynağının negatif ucu katoda pozitif ucu bağlanırsa tristör ters polarize edilmiş olur. Ters gerilim sıfır iken devreden akım geçmez. Gerilim arttırılmaya başlanırsa tristörden bir sızıntı akımı geçer. Gerilim artışı VRMS değerine gelince akım aniden yükselir. Buna tristörün ters gerilimi denir. Tristörün ters gerilimi hiçbir zaman bunun üzerine çıkmamalıdır. Tristör düz polarmada iletime geçtiği zaman üzerinde 1V. kadar bir gerilim düşümü olur. Bu gerilim aynı özellikteki thayraton lambaya göre hayli küçüktür. İletimdeki tristöre ters bir anot gerilimi uygulanırsa.10 mikrosaniye içinde tristör kesime gider. Bu değer thayratonunkine göre çok küçüktür. Bu sebebten tristörler daha yüksek frekanslarda da kullanılırlar. Doğru akım devresine bağlanmış düz polarmalı bir tristör iletime geçtikten sonra “G” ucunun akımı kesilirse, tristörün iletkenliği devam eder. Tristörün iletimini kesmek için devreden geçen akımı IH akımının altına düşürmek yani, anot devresini kesmek gerekir. 2. Tristörlerin DC devrelerin de çalıştırılması: Şekil: 3b deki bağlantı yapılır. Burada U1 doğru akım yük gerilimi U2 doğru akım kaynağı kapı gerilimi R ayarlı direnç. R ayarlı dirençten ötürü kapı gerilimi sıfır iken tristör, düz

polarize edildiği halde yalıtkandır. R direnci yavaş yavaş devreden çıkarırsak “G” gerilimi 1 volt ve akımı 20 miliamper olunca tristör iletime geçer. Kapı gerilimi sıfıra düşürülürse tristörün iletime devam ettiği görülür. Doğru akım kaynağına bağlı bir tristör iletime geçtikten sonra şu yollarla yalıtkanlık durumuna geçebilir. 120 V 100 W lamba

A -

+ 100 mA

47 Ω

U2

S + mV

U1=60V V0K

-

Vg 3 V -

0-6 V

+

K

+

+ -

G

+

-

-

yük

Şekil:3a

Şekil:3b

a. Seri anahtarla durdurma: Şekil:3a’ da görüldüğü gibi “S” anahtarı açılarak devreye uygulanan gerilim kesilir. Bu durumda tristörün uçlarındaki gerilim sıfırdır. “S” anahtarı kapatılırsa, tristörün yalıtkan duruma geçtiği görülecektir. Tekrar iletken duruma geçmesi için “G”ucuna kontrol geriliminin uygulanması gerekir. b. Paralel anahtarla durdurulma: Şekil:4a’ da devrede tristöre paralel olarak konan bir anahtar çalışmayı durdurmak için kullanılır. Tristör iletimde iken anahtara basıldığı zaman bütün akım anahtar üzerinden geçer. Tristör üzerindeki akım ve gerilim sıfır olur. Tristörde gerilim olmadığı için tristör yalıtkanlık durumuna geçer. Tristörün yalıtkanlık durumuna geçmesi için en az anahtarı 100 mikrosaniye kapalı tutmak gerekir.

+ +

yük

R C -

S

S

yük

-

Şekil:4a

+

Şekil:4b

c. Kapasitif durdurma: Şekil:4b’ de bir DC devresini kontrol eden tristörün bir kapasitif devre ve anahtar yardımı ile durdurulması görülmektedir. Devre normal çalışırken “R” şarj dirençi üzerinden “C” kondansatörü dolar. Bu anda “S” anahtarı açık durumdadır. “S” anahtarı kapatıldığı zaman kondansatör tristör üzerine ters yönde bir gerilim uygular. 10 mikro saniye gibi kısa bir zaman içinde tristörün çalışması durur. Anahtar açılıp tristör tekrar ateşlendiği zaman çalışma tekrar ateşlendiği zaman çalışma tekrar başlar ve devam eder. 3.

AC devrelerinde tristörlerin çalıştırılması ve durdurulması:

a. Dirençli bir devre ile çalıştırmak: Şekil :5’teki bağlantı yapılır. Devreye alternatif akım verilir. Birinci durumda anot pozitif katod negatiftir. Düz polarma olduğu için tristör iletime hazırdır. Anottan alınan pozitif gerilim “R” direncinde kapı gerilimi değerine düşürüldükten sonra “d” diyotuna doğrultularak “S” anahtarına gelir. Tristörün tetiklenmesi için “S” anahtarı kapatılır. “D” diyodundan gelen kapı gerilimi tristörün “G” ucuna uygulanır. Tristör iletime geçer. Tristörün iletkenlik durumu pozitif alternansın sıfır olmasına devam eder. Alternans sıfır olunca devre akımı kesilir. Tristör yalıtkan duruma geçer. Alternans yön değiştirince yani ikinci durumda anot negatif, katod pozitif olacaktır. Tristör ters polarmalı olduğu için yalıtkanlığı devam eder. Ayrıca”G” ucuna bağlı “D” diyodu ters yönde akımı geçirmeyeceği için tristöre kapı gerilimide uygulanmaz ve ateşleme (tekikleme) akımı akmaz. Alternans yön değiştirince tristör tekrar birinci duruma geçerek düz polarıze olur ve “G” akımı ile iletime geçer. Bu devrede yükten sadece pozitif alternanslar geçer. Diğer alternanslar geçmez. Tristörü durdurmak için “S” anahtarını açmak gerekir.

+ D

S

yük

Şekil:5 b. Faz değiştirme devresi ile çalıştırma: Bunun için şekil:6’ daki bağlantı yapılır. şekil:5’ teki devrede faz değiştirme devresi olmadığı için anot ile kapı aynı fazdadır. Anot pozitif iken kapıda pozitifdir. Anot negatif iken kapıda negatifdir.. Bu durumda fazın alternansını bir kısmının kesilmesi çok zordur. Direnç değeri biraz büyültülerek tristörün gecikmeli ateşlenmesi sağlanabilir. Yalnız burada yapılan faz kesmesi çok sınırlıdır. Bu sebepten faz kesmesinin çeşitli ve istenilen açılarda gerçeklemesi için thayraton lambalarda olduğu gibi faz değiştirme devresi ile çalıştırılır. Faz kaydırma devresi kapı ucuna bağlanır anot pozitif olduğu halde kapı negatif ve sıfır gerilimde ise tristör yalıtkan durumdadır. Kapı pozitif olur olmaz tristör iletime geçer ve iletkenliği

alternansın sonuna kadar devam eder. Alternansın kesilmesiyle çıkan gerilimin ortalama değeri düşer dolayısıyla tristörler gerilimi kademeli düşürmek veya yükseltmek için kullanılırlar. Tristörler radyo,televizyon vb. devrelerde kullanıldığı gibi endüstiriyel elektronikte şu devrelerde de kullanılır: Elektronik kontaktör ayarlı redresör, alternatif akımda faz ayarı konvertisör vb.

A G

S1

BY100

150V

47Ω

S2

12,6

C

+

Uc −

64µ

350V

⊗

120V 100W YÜK

R 0 SEKONDER

123V 50Hz SEKONDER

K

200Ω

Şekil:6 c. Tekbileşimli UJT (unijonctıon) transistör: Tristörlerin kısa süreli bir pals ile ateşlenmesi için genellikle tek bileşimli transistör kullanılır. UJT de biri “P” tipi diğeri “N” tipi olmak üzere iki yarı iletken kristal vardır. Bu sebepten buna iki taban da denir. “N” tipi silisyumdan yapılan yarı iletken kristal çubuğun iki ucunda dışarıya iki bağlantı iletkeni çıkarılmıştır. Bunlara 1. nci taban (B1) ve ikinci taban (B2) adları verilir. “N” tipi kristal çubuğun ortasına yakın bir yere “p”tipi yarıiletken birleştirilmiştir. “P” tipi yarı iletkene yayıcı (emiter) “E” denir. Şekil 2-57 deki prensip şemasında görüldüğü gibi E1 ve E2 uçlarına VBB gerilimi uygulanırsa,”N”den çok bir akım geçer.Bu akım nedeniyle “E” ile B1 arasında “VE “ gerilim düşümü olur. Eğer “E” ile “B1” arasına “E”pozitif B1 negatif olmak üzere dışardan bir gerilim uygulanırsa “VE “ den küçük kaldıkça UJT nin içinde hiçbir elektriksel olay olmaz. Dışardan uygulanan gerilim “VE “ geriliminin bir miktar üzerine çıkarsa “E” ile “B1” arası doğru yönde polarize edilir. Doğru polaramada “E” ile “B1” arasındaki direnç çok küçülür. “E” den “B” ye büyük bir akım akar. Yukarıda çalışma prensipi açıklanan UJT ile bir tristörün tetiklenmesine ait bir devre şekil:7’ de görülmektedir. Bu devrede “S” anahtarı kapatıldığında 20 voltluk bir gerilim “R3” potansiyometresi ile “C1” kodansatörüne uygulanır. “C1” doldukça uçlarındaki gerilim büyür. Bu gerilim değeri UJT nin yayıcısı ile birinci tabanı “B1” arasındaki gerilim değerinin üzerine çıktığı zaman “E” ile “B1” arasındaki direnç küçülür “C1” kondansatörü ”E” den “B1”re doğru hemen boşalır. Bu boşalma akımı “B1” direnci üzerinden kısa süreli bir gerilim düşümüne sebep olur. Bu gerilim kapı ucuna bağlı olduğu için tristörü iletime geçirir. UJT ile tetiklemede kumanda devresi ile tristör devresinin senkronize olması istenir. Bunun için AC gerilimi bir transformatör ile düşürüldükten sonra diyotlarla doğrultulur.

Doğrultulan bu gerilim sinüs eğrilerinin tepeleri zener diyot ile kırpılır. Sonra bu gerilimi “R3” ile ”C1” devresine, oradan da UJT ye uygulanır. UJT ten bu gerilim daha öncede açıklandığı gibi pals şeklinde çıkarak tristörün kapı ucuna verilir. Ve tristörün tetiklenmesi sağlanır. Dolayısıyla tristörün iletimi boyunca kapısından akım geçmesine gerek kalmaz kapının ısınması bu şekilde önlenmiş olur. “R3” ayarlı direnci ile faz farkı yaratılarak gecikmeli ateşleme yapılır.

+ 1KΩ 47Ω

4,7Ω 2W

100Ω

52Z4

100KΩ

110V

B2

BY 100

C

50 Hz SEKONDER

A

BTY87

G B1

110V

K

50 Hz SEKONDER

0,2µ 22Ω

106V

YÜK 100Ω

−

150W

Şekil:7

ASİ_GENC